管道系统中局部阻力计算
局部阻力的计算与管路计算
局部阻力的计算与管路计算1.局部阻力的计算：在管道系统中，由于管道的弯头、放大器、收缩器、阻流板等局部结构，会引起局部阻力。
为了准确计算流体在这些局部结构处的压降，需要进行局部阻力的计算。
以下是几种常见局部结构的阻力计算方法。
1.1弯头的局部阻力计算：弯头是管道系统中常见的局部结构之一、根据流体力学原理，当流体经过弯头时，由于弯头的存在，流体会受到转向力和离心力的作用，从而引起局部阻力。
弯头的局部阻力可以通过以下经验公式进行计算：ΔP=Kv*(v²/2g)其中，ΔP是弯头的压降，Kv是弯头的局部阻力系数，v是流体的速度，g是重力加速度。
1.2放大器的局部阻力计算：放大器是一种将流体速度增加的局部结构。
在放大器中，流体的截面积会逐渐增大，从而导致速度增加，压降减小。
放大器的局部阻力可以通过以下经验公式进行计算：ΔP=0.5*ρ*(v2²-v1²)其中，ΔP是放大器的压降，ρ是流体的密度，v2是放大器出口处的流速，v1是放大器入口处的流速。
1.3收缩器的局部阻力计算：收缩器是一种将流体速度减小的局部结构。
在收缩器中，流体的截面积会逐渐减小，从而导致速度减小，压降增大。
收缩器的局部阻力可以通过以下经验公式进行计算：ΔP=0.5*ρ*(v2²-v1²)其中，ΔP是收缩器的压降，ρ是流体的密度，v2是收缩器出口处的流速，v1是收缩器入口处的流速。
1.4阻流板的局部阻力计算：阻流板是一种将流体分割的局部结构。
当流体通过阻流板时，会因为流体通过的流道变窄而引起阻力。
阻流板的局部阻力可以通过以下经验公式进行计算：ΔP=0.5*ρ*(v²-v1²)其中，ΔP是阻流板的压降，ρ是流体的密度，v是阻流板后的流速，v1是阻流板前的流速。
2.管路计算：在管道系统设计中，需要计算整个管道系统的压降和流量。
以下是常见的管路计算方法。
2.1管道的阻力计算：管道本身会引起流体的阻力。
局部阻力系数
局部阻力系数是流体流经设备及管道附件所产生的局部阻力与相应动压的比值，其值为无量纲数。
局部阻力系数（coefficient of local resistance）
与流体方向和速度变化有关的系数
具体指：
功能：用于计算流体受局部阻力作用时的能量损失。
公式为：动压力=局部阻力系数*ρ* V * V * 1 /2。
局部阻力系数是由流经设备和管道附件的流体引起的局部阻力与相应的动压力之比，其值无因次。
在直管中流动的液体的压力损失是由液体流动的摩擦引起的，该过程称为沿途的压力损失。
它主要取决于液体的长度，内径，速度和粘度。
压力损失随液体的流型而变化。
在液压传动中，圆形管道中的液体层流是最常见的。
因此，在设计液压系统时，通常希望管道中的液体流保持层流状态。
扩展数据
当分流比恒定时，电阻系数1和2随着管径比的增加而减小。
管径比越大，电阻系数1和2的下降范围越小。
当管径比大于0.8时，对它们的影响不再明显。
分流比越小，管径比的影响越小。
当管径比为0.38时，倾斜支管的流速相对较高，并且三通接头中的水流速分布非常不均匀。
管径比越大，直支管，斜支管和主管的直径越均匀，速度分布越均匀，主管上部的低速回流面积越小。
管道内的局部阻力及损失计算
第四节管道内的局部阻力及损失计算在实际的管路系统中，不但存在上一节所讲的在等截面直管中的沿程损失，而且也存在有各种各样的其它管件，如弯管、流道突然扩大或缩小、阀门、三通等，当流体流过这些管道的局部区域时，流速大小和方向被迫急剧地发生改变，因而出现流体质点的撞击，产生旋涡、二次流以及流动的分离及再附壁现象。
此时由于粘性的作用，流体质点间发生剧烈的摩擦和动量交换，从而阻碍着流体的运动。
这种在局部障碍物处产生的损失称为局部损失，其阻力称为局部阻力。
因此一般的管路系统中，既有沿程损失，又有局部损失。
4.4.1 局部损失的产生的原因及计算一、产生局部损失的原因产生局部损失的原因多种多样，而且十分复杂，因此很难概括全面。
这里结合几种常见的管道来说明。
（）（）图4.9 局部损失的原因对于突然扩张的管道，由于流体从小管道突然进入大管道如图 4.9 （）所示，而且由于流体惯性的作用，流体质点在突然扩张处不可能马上贴附于壁面，而是在拐角的尖点处离开了壁面，出现了一系列的旋涡。
进一步随着流体流动截面面积的不断的扩张，直到 2 截面处流体充满了整个管截面。
在拐角处由于流体微团相互之间的摩擦作用，使得一部分机械能不可逆的转换成热能，在流动过程中，不断地有微团被主流带走，同时也有微团补充到拐角区，这种流体微团的不断补充和带走，必然产生撞击、摩擦和质量交换，从而消耗一部分机械能。
另一方面，进入大管流体的流速必然重新分配，增加了流体的相对运动，并导致流体的进一步的摩擦和撞击。
局部损失就发生在旋涡开始到消失的一段距离上。
图4.9（）给出了弯曲管道的流动。
由于管道弯曲，流线会发生弯曲，流体在受到向心力的作用下，管壁外侧的压力高于内侧的压力。
在管壁的外侧，压强先增加而后减小，同时内侧的压强先减小后增加，这样流体在管内形成螺旋状的交替流动。
综上所述，碰撞和旋涡是产生局部损失的主要原因。
当然在 1-2之间也存在沿程损失，一般来说，局部损失比沿程损失要大得多。
局部阻力的计算与管路计算(共用)
作业 长学时： 短学时：
第五节 管路计算
第一部分 概述
化工生产中的管路
（据连接方式不同）
简单管路 复杂管路
设计型问题
管路计算
（包括定量计算和定性分析）
操作型问题
（1）操作型问题
管路系统已定，考察操作条件（如阀门开度）改变时对流动参数（如流量、 压力）的影响，或核算某项技术指标（如泵的扬程、轴功率是否够用）。
+
∑
ζ
⎟⎟⎠⎞
u2 2
（J/kg）
管子出口处出口阻力损失，1
管子进口的进口阻力损失，0.5
小管中平均流速
∑ ∑ ∑ Σh f = h f + h′f = ⎜⎜⎝⎛ λ ⋅
li + d
le +
ζ
i
+
ζ
c
+
ζ
e
⎟⎟⎠⎞
⋅
u2 2
管路系统中全部管件与阀门的局部阻力：当量长度法或阻力系数法可任选。 （与管件与阀门不同，管子进、出口阻力一般只用阻力系数法，不用当量长度法）
使用柏努力方程计算时遇到的问题与处理方法：
●截面选在管口内侧时： 没有出口阻力损失。 流速为管内截面上平均速度。 静压强近似计算可取管外空间的压强：若管子处于水下则为水下的静压,
若喷在空气中则为大气压。
●截面选在管口外侧时： 不要忘记出口阻力。 静压强为管外空间的压强 流速不好确定，因为流通截面积不知道。近似计算可取为0 （流通截面突
（当流体从管路流入截面较大的容器或流体从管路排放到大气时，也是属于流通截面突然 扩大）
损失产生的原因：
以从小截面流向突然扩大的大截面管道为例，由于流体质点有 惯性，流体质点的运动轨迹不可能按照管道的形状突然转弯扩大， 即整个流体在离开小截面管后只能向前继续流动，逐渐扩大，这样 在管壁拐角处流体与管壁脱离形成旋涡区。
(完整版)管道内的局部阻力及损失计算
第四节管道内的局部阻力及损失计算在实际的管路系统中，不但存在上一节所讲的在等截面直管中的沿程损失，而且也存在有各种各样的其它管件，如弯管、流道突然扩大或缩小、阀门、三通等，当流体流过这些管道的局部区域时，流速大小和方向被迫急剧地发生改变，因而出现流体质点的撞击，产生旋涡、二次流以及流动的分离及再附壁现象。
此时由于粘性的作用，流体质点间发生剧烈的摩擦和动量交换，从而阻碍着流体的运动。
这种在局部障碍物处产生的损失称为局部损失，其阻力称为局部阻力。
因此一般的管路系统中，既有沿程损失，又有局部损失。
4.4.1 局部损失的产生的原因及计算一、产生局部损失的原因产生局部损失的原因多种多样，而且十分复杂，因此很难概括全面。
这里结合几种常见的管道来说明。
（）（）图4.9 局部损失的原因对于突然扩张的管道，由于流体从小管道突然进入大管道如图 4.9 （）所示，而且由于流体惯性的作用，流体质点在突然扩张处不可能马上贴附于壁面，而是在拐角的尖点处离开了壁面，出现了一系列的旋涡。
进一步随着流体流动截面面积的不断的扩张，直到 2 截面处流体充满了整个管截面。
在拐角处由于流体微团相互之间的摩擦作用，使得一部分机械能不可逆的转换成热能，在流动过程中，不断地有微团被主流带走，同时也有微团补充到拐角区，这种流体微团的不断补充和带走，必然产生撞击、摩擦和质量交换，从而消耗一部分机械能。
另一方面，进入大管流体的流速必然重新分配，增加了流体的相对运动，并导致流体的进一步的摩擦和撞击。
局部损失就发生在旋涡开始到消失的一段距离上。
图4.9（）给出了弯曲管道的流动。
由于管道弯曲，流线会发生弯曲，流体在受到向心力的作用下，管壁外侧的压力高于内侧的压力。
在管壁的外侧，压强先增加而后减小，同时内侧的压强先减小后增加，这样流体在管内形成螺旋状的交替流动。
综上所述，碰撞和旋涡是产生局部损失的主要原因。
当然在 1-2之间也存在沿程损失，一般来说，局部损失比沿程损失要大得多。
(完整版)管道内的局部阻力及损失计算
第四节管道内的局部阻力及损失计算在实际的管路系统中，不但存在上一节所讲的在等截面直管中的沿程损失，而且也存在有各种各样的其它管件，如弯管、流道突然扩大或缩小、阀门、三通等，当流体流过这些管道的局部区域时，流速大小和方向被迫急剧地发生改变，因而出现流体质点的撞击，产生旋涡、二次流以及流动的分离及再附壁现象。
此时由于粘性的作用，流体质点间发生剧烈的摩擦和动量交换，从而阻碍着流体的运动。
这种在局部障碍物处产生的损失称为局部损失，其阻力称为局部阻力。
因此一般的管路系统中，既有沿程损失，又有局部损失。
4.4.1 局部损失的产生的原因及计算一、产生局部损失的原因产生局部损失的原因多种多样，而且十分复杂，因此很难概括全面。
这里结合几种常见的管道来说明。
（）（）图4.9 局部损失的原因对于突然扩张的管道，由于流体从小管道突然进入大管道如图 4.9 （）所示，而且由于流体惯性的作用，流体质点在突然扩张处不可能马上贴附于壁面，而是在拐角的尖点处离开了壁面，出现了一系列的旋涡。
进一步随着流体流动截面面积的不断的扩张，直到 2 截面处流体充满了整个管截面。
在拐角处由于流体微团相互之间的摩擦作用，使得一部分机械能不可逆的转换成热能，在流动过程中，不断地有微团被主流带走，同时也有微团补充到拐角区，这种流体微团的不断补充和带走，必然产生撞击、摩擦和质量交换，从而消耗一部分机械能。
另一方面，进入大管流体的流速必然重新分配，增加了流体的相对运动，并导致流体的进一步的摩擦和撞击。
局部损失就发生在旋涡开始到消失的一段距离上。
图4.9（）给出了弯曲管道的流动。
由于管道弯曲，流线会发生弯曲，流体在受到向心力的作用下，管壁外侧的压力高于内侧的压力。
在管壁的外侧，压强先增加而后减小，同时内侧的压强先减小后增加，这样流体在管内形成螺旋状的交替流动。
综上所述，碰撞和旋涡是产生局部损失的主要原因。
当然在 1-2之间也存在沿程损失，一般来说，局部损失比沿程损失要大得多。
管道阻力的基本计算方法
管道阻力计算空气在风管内的流动阻力有两种形式：一是由于空气本身的黏滞性以及空气与管壁间的摩擦所产生的阻力称为摩擦阻力；另一是空气流经管道中的管件时如三通、弯头等,流速的大小和方向发生变化,由此产生的局部涡流所引起的阻力,称为局部阻力;一、摩擦阻力根据流体力学原理,空气在管道内流动时,单位长度管道的摩擦阻力按下式计算：ρλ242v R R s m ⨯= 5—3式中 Rm ——单位长度摩擦阻力,Pa ／m ；υ——风管内空气的平均流速,m ／s ；ρ——空气的密度,kg ／m 3；λ——摩擦阻力系数；Rs ——风管的水力半径,m;对圆形风管：4DR s = 5—4式中 D ——风管直径,m;对矩形风管)(2b a abR s += 5—5式中 a,b ——矩形风管的边长,m;因此,圆形风管的单位长度摩擦阻力ρλ22v D R m ⨯= 5—6摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管内壁的粗糙度有关;计算摩擦阻力系数的公式很多,美国、日本、德国的一些暖通手册和我国通用通风管道计算表中所采用的公式如下：)Re 51.27.3lg(21λλ+-=D K 5—7式中 K ——风管内壁粗糙度,mm ；Re ——雷诺数;υvd=Re 5—8式中 υ——风管内空气流速,m ／s ；d ——风管内径,m ；ν——运动黏度,m 2／s;在实际应用中,为了避免烦琐的计算,可制成各种形式的计算表或线解图;图5—2是计算圆形钢板风管的线解图;它是在气体压力B ＝101．3kPa 、温度t=20℃、管壁粗糙度K ＝0．15mm 等条件下得出的;经核算,按此图查得的Rm 值与全国通用通风管道计算表查得的λ／d 值算出的Rm 值基本一致,其误差已可满足工程设计的需要;只要已知风量、管径、流速、单位摩擦阻力4个参数中的任意两个,即可利用该图求得其余两个参数,计算很方便;图5—2 圆形钢板风管计算线解图例 有一个10m 长薄钢板风管,已知风量L ＝2400m 3／h,流速υ＝16m ／s,管壁粗糙度K ＝0．15mm,求该风管直径d 及风管摩擦阻力R;解 利用线解图5—2,在纵坐标上找到风量L ＝2400m 3／h,从这点向右做垂线,与流速υ＝16m ／s 的斜线相交于一点,在通过该点表示风管直径的斜线上读得d ＝230mm;再过该点做垂直于横坐标的垂线,在与表示单位摩擦阻力的横坐标交点上直接读得Rm ＝13．5Pa ／m;该段风管摩擦阻力为：R ＝R m l ＝13．5×10Pa ＝135Pa无论是按照全国通用通风管道计算表,还是按图5—2计算风管时,如被输送空气的温度不等于20℃,而且相差较大时,则应对R;值进行修正,修正公式如下：t m m K R R =' 5—9式中 'm R ——在不同温度下,实际的单位长度摩擦阻力,Pa ；Rm ——按20℃的计算表或线解图查得的单位摩擦阻力,Pa ；Kt ——摩擦阻力温度修正系数,如图5—3所示;图5—3 摩擦阻力温度修正系数钢板制的风管内壁粗糙度K 值一般为0．15mm;当实际使用的钢板制风管,其内壁粗糙度K 值与制图表数值有较大出入时,由计算图表查得的单位摩擦阻力Rm 值乘以表5—3中相应的粗糙度修正系数;表中υ为风管内空气流速;表5—3 管壁粗糙度修正系数对于一般的通风除尘管道,粉尘对摩擦阻力的影响很小,例如含尘浓度为50g ／m 3时,所增大的摩擦阻力不超过2％,因此一般情况下可忽略不计;二、局部阻力各种通风管道要安装一些弯头、三通等配件;流体经过这类配件时,由于边壁或流量的改变,引起了流速的大小、方向或分布的变化,由此产生的能量损失,称为局部损失,也称局部阻力;局部阻力主要可分为两类：①流量不改变时产生的局部阻力,如空气通过弯头、渐扩管、渐缩管等；②流量改变时所产生的局部阻力,如空气通过三通等;局部阻力可按下式计算：22ρυξ=Z 5—10式中 Z ——局部阻力,Pa ；ξ——局部阻力系数,见表5—4；υ——空气流速,m ／s ；ρ—空气密度,kg ／m 3;上式表明,局部阻力与其中流速的平方成正比;局部阻力系数通常都是通过实验确定的;可以从有关采暖通风手册中查得;表5—4列出了部分管道部件的局部阻力系数值;在计算通风管道时,局部阻力的计算是非常重要的一部分;因为在大多数情况下,克服局部阻力而损失的能量要比克服摩擦阻力而损失的能量大得多;所以,在制作管件时,如何采取措施减少局部阻力是必须重视的问题;表5—4 常见管件局部阻力系数下面通过分析几种常见管件产生局部阻力的原因,提出减少局部阻力的办法;1．三通图5—4为一合流三通中气流的流动情况;流速不同的1、2两股气流在汇合时发生碰撞,以及气流速度改变时形成涡流是产生局部阻力的原因;三通局部阻力的大小与分支管中心夹角、三通断面形状、支管与总管的面积比和流量比即流速比有关;图5—4 合流三通中气流流动状态为了减少三通局部阻力,分支管中心夹角;应该取得小一些,一般不超过30°;只有在安装条件限制或为了平衡阻力的情况下,才用较大的夹角,但在任何情况下,都不宜做成垂直的“T”形三通;为了避免出现引射现象,应尽可能使总管和分支管的气流速度相等,即按υ3＝υ1=υ2来确定总管和分支管的断面积;这样,风管断面积的关系为：F3＝F1+F2;2．弯头当气流流过弯头时见图5—5,由于气流与管壁的冲击,产生了涡流区Ⅰ；又由于气流的惯性,使边界层脱离内壁,产生了涡流区Ⅱ;两个涡流区的存在,使管道中心处的气流速度要比管壁附近大,因而产生了旋转气流;涡流区的产生和气流的旋转都是造成局部阻力的原因;图5—5 弯头中气流流动状况实验证明,增大曲率半径可以使弯头内的涡流区和旋转运动减弱;但是弯头的曲率半径也不宜太大,以免占用的空间过大,一般取曲率半径R等于弯头直径的1～2倍;在任何情况下,都不宜采用90°的“Г”形直角弯头;3．渐缩或渐扩管渐缩或渐扩管的局部阻力是由于气流流经管件时,断面和流速发生变化,使气流脱离管壁,形成涡流区而造成的;图5—6是渐扩管中气流的流动状况,图5—6 渐扩管中气流流动状况实验证明,渐缩或渐扩管中心角;越大,涡流区越大,能量损失也越大;为了减少渐缩、渐扩管的局部阻力,必须减小中心角α,缓和流速分布的变化,使涡流区范围缩小;通常中心角;不宜超过45°;三、系统阻力整个通风除尘系统的阻力称为系统阻力,它包括吸尘罩阻力、风管阻力、除尘器阻力和出口动压损失4部分;四、通风管道的压力分布图5—7所示为一简单通风系统,其中没有管件、吸尘罩和除尘器,假定空气在进口A和出口C处局部阻力很小,可以忽略不计,系统仅有摩擦阻力;图5—7 仅有摩擦阻力的风管压力分布按下列步骤可以说明该风管压力分布;1定出风管中各点的压力;风机开动后,空气由静止状态变为运动状态;因为风管断面不变,所以各点断面的空气流速相等,即动压相等;各点的动压分布分别为：点A点B全压空气从点A流至点月时要克服风管的摩擦阻力,所以点B的全压即风机吸入口的全压为：式中 Rm——风管单位长度摩擦阻力,Pa／m；l——从点A至点B的风管长度,m;1由式5—11可以看出,当风管内空气流速不变时,风管的阻力是由降低空气的静压来克服的;点C当空气排入大气时,这一能量便全部消失在大气中,称为风管出口动压损失;点B′,所以：空气由点B′流至点C需要克服摩擦阻力Rml22把以上各点的数值在图上标出,并连成直线,即可绘出压力分布图;如图5—7所示;风机产生的风压Hf等于风机进、出口的全压差,即从风管压力分布图和计算结果可以给人们以下启示;①风机产生的风压等于风管的阻力及出口动压损失之和,亦即等于系统阻力;换句话说,系统的阻力是由风机产生的风压来克服的;对于包括有管件、吸尘罩和除尘器的复杂系统,系统阻力中还包括这些部件和设备的阻力;②风机吸入段的全压和静压都是负值,风机压出段的全压和静压一般情况下均是正值;因此,风管连接处不严密时,会有空气漏人和逸出;前者影响吸尘效果,后者影响送风效果或造成粉尘外逸;。
局部阻力的计算与管路计算共用
局部阻力的计算与管路计算共用一、局部阻力的计算局部阻力是流体在管道内流动过程中，由于管道构造、管道衔接、流动物体等原因造成的阻力。
常见的局部阻力有管口局部阻力、变径局部阻力、管弯局部阻力等。
1.管口局部阻力的计算管口局部阻力是指流体通过管道的过程中，由于管口的存在而产生的阻力。
计算管口局部阻力可以使用以下公式：Δp=K*(ρ*v^2)/2其中，Δp是管口局部阻力，K是管口阻力系数，ρ是流体密度，v 是流速。
根据实际情况，可以通过实验或经验法确定阻力系数K的值。
2.变径局部阻力的计算变径局部阻力是指管道内出现的截面变化（如管径变化）而引起的阻力。
计算变径局部阻力可以使用以下公式：Δp=ξ*(ρ*v^2)/2其中，Δp是变径局部阻力，ξ是阻力系数，ρ是流体密度，v是流速。
阻力系数ξ可以根据标准图表或实验数据确定。
3.管弯局部阻力的计算管弯局部阻力是指管道中弯曲部分的存在而引起的阻力。
计算管弯局部阻力可以使用以下公式：Δp=α*(ρ*v^2)/2其中，Δp是管弯局部阻力，α是阻力系数，ρ是流体密度，v是流速。
阻力系数α可以根据标准图表或实验数据确定。
二、管路计算管路计算是指对管道系统中的流体流动进行分析和计算，包括流量计算、压降计算和选择管道尺寸等方面。
1.流量计算流量计算是指确定管道中的流体流量。
根据连续性方程，可以使用以下公式计算流量：Q=A*v其中，Q表示流量，A表示流体通过截面的面积，v表示流速。
2.压降计算压降计算是指确定流体在管道中的压力损失。
可以使用以下公式计算：Δp=f*(L/D)*(ρ*v^2)/2其中，Δp表示压降，f表示摩擦阻力系数，L表示管道长度，D表示管道直径，ρ表示流体密度，v表示流速。
摩擦阻力系数f可以根据流体性质和管道壁面状况等确定。
3.选择管道尺寸根据流量计算和压降计算的结果，可以选择合适的管道尺寸。
一般来说，通过确定流量和压降，可以使用管道阻力图或经验公式来选择合适的管道尺寸。
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4 方法比较
下面举一实例对上述 4 种方法进行对比计算。 例 :一个装有 5m 高水敞开的贮槽 ,贮槽排水管道 系统包括 10 个 90°弯头 ,10 个三通 ,8 个闸阀和 30m 管 。分别计算管子 (直径由 25 到 300mm) 的流量 。 贮槽顶部及排放口都在大气压下 ,用入口损失系 数是 115 来计算由槽到管输送的动能变化 。方程 (4) 用于计算 ef ,方程 (9) 是方程 (3) 的变形 ,用于计算流 量: Q =〔πD2/ (2 ×2015) 〕( - gΔ Z/ ∑Kf i + 115) 015 (9)
球阀 (全开) 1300120 0116 0112 0109 0107 0105 0104 0104 0104 0104 0104
锻造三通 8501115 1106 0199 0187 0181 0172 0167 0159 0155 0151 0149
垂直三通 8501120 1120 1120 1120 1120 1120 1120 1120 1120 1120 1120
方法的缺点 。它依赖雷诺数并对管件的不同规格比例
偏差进行了调整 。2 - K 方程如下 :
Kf = K1/ N Re + K ∞(1 + 1/ ID)
(6)
311 和 312 节得到的值是完全湍流条件下典型尺
寸管件的损失系数 ,而 Hooper 的 2 - K 法比较通用 ,应
பைடு நூலகம்
用范围广泛 。
式中 ID ———管道内径 ;
45°弯头 r/ D = 110
4500137 0134 0132 0129 0127 0125 0123 0121 0120 0119 0118
45°弯头 r/ D = 115
4500124 0122 0121 0119 0118 0116 0115 0114 0113 0113 0112
闸阀 (全开) 3000108 0107 0107 0106 0106 0105 0105 0104 0104 0104 0104
然而 ,流体在阀门或管件区域内的层流或湍流的 性质与在直管内层流或湍流的性质差别相当大 。这就 意味着 ,当考虑雷诺数对损失系数影响时 ,这种估算是 不准确的 。(注意 : f 是 N Re的一个函数) 这种方法考虑 了阀门及管件几何尺寸的影响 ,但没有反映出任何雷 诺数的影响 。
313 Hooper 的 2 - K( 两个常数) 法 Hopper 提出 2 - K(两个常数) 法克服了上面两种
然而 ,损失系数 (同摩擦系数一样) 与物流的雷诺 数有关 。低雷诺数下的损失系数 Kf 比高雷诺数下的 损失系数 Kf 大很多 。而且阀门和管件的规格不一样 损失系数也不一样 。 312 长径比当量法
表示阀门和管件损失系数的一个简单的方法是长
径比 ( L e/ D) 当量法 , 即流体通过某一管件和阀门时 , 因局部阻力而造成的压头损失 , 相当于流体通过与其 具有相同管径的若干米长度直管的压头损失 。各种管
Kf = Km / N Re + Ki (1 + Kd/ ID013)
(8)
三个常数 ( Km 、Ki 、和 Kd) 的值见表 3 。
表 3 方程 8 损失系数的 3 个常数
管件
Km
Ki
Kd
r2
90°弯头 r/ d = 110
850
01096
3164
019983
90°弯头 r/ d = 115
850
(2)
可以看出 ,管路计算的内容 ,实际上是流体阻力计算在
各种不同情况下的应用 。
式中 V ———流速 ,m/ s ;
g ———重力加速度 ,9181m/ s2 ;
Δ Z ———位差 ,m ;
L ———管段长度 ,m 。
使用标准方程很容易计算出水平直管的阻力降 。
然而 ,实际的管道系统中有许多阀门及管件 ,这使计算
件及阀门的 L e/ D 值见表 1 。
表 1 各种管件及阀门的 L e/ D
名称
45°弯头 90°弯头
三通
L e/ D 16 30 60
名称
闸阀 (全开) 球阀 (全开) 角阀 (全开) 截止阀 (全开)
L e/ D
8 8 145 300
将这些数值代入方程 (5) 中 ,根据范宁摩擦因数 f 确定损失系数 。
表 2 管件损失系数常数
公称直径 (mm) 12
20
25
38
50
76
100
150
200
250
300 以上
管件
Km
90°弯头 r/ D = 110
8500152 0148 0145 0140 0138 0135 0133 0130 0128 0127 0126
90°弯头 r/ D = 115
8500136 0134 0131 0128 0127 0124 0123 0121 0120 0119 0118
变得很困难 。因此 ,必须对每个管件进行能量损失的
计算 ,用损失系数对其方程进行修正 。系统的能量损 失即是管道及管件的能量损失总和 。
对于管件来说 ,传统的计算方法有两种 :当量长度 法和单常数损失系数法 ,但它们不能很准确地反映出 损失系数与雷诺数和管件尺寸的关系 。因此 ,使用传 统的关系式必然得出不准确的结果 。本文提出三常数 关系式 ,能更精确地计算管道系统的阻力降 。
1 概 述
化工设计中经常要对管路进行计算 ,计算的内容
是求取流体在管路中流动时的压头损失 ∑hf 或压强 降Δ P ,可能达到的流体输送量 V s 和应选用多大的管 径 D 等。
由能量方程
He - ∑hf =Δ Z +ΔV 2/ 2 g
(1)
和流体阻力方程
∑hf =λ〔L + ∑le) / D〕×V 2/ 2 g
第2期
·设计与研究·
5
管道系统中局部阻力计算
王桂秋 吉林化学工业公司化肥厂 吉林省吉林市 132021
【摘要】管道系统中局部阻力的计算有几种方法 ,通常采用当量长度法和阻力系数法 。由于流 体在管件 、阀门内的层流或湍流的性质与直管内层流或湍流的性质不同 ,当量长度法估算管件阻力 降不够精确 ,而且阻力降与雷诺数及管件尺寸有关 ,单常数阻力系数法也不够精确 ,3 - K 方程能更 准确地计算出管件的阻力降 。 关键词 : 管道 局部阻力 损失系数 摩擦系数 计算
ef ———1 、2 两点间能量损失 ,m2/ s2 ;
6
管道技术与设备
2000 年
w ———1 、2 两点间作用于流体上的外功 。
3 损失系数
系统中每个管件的能量损失 (如管道 、阀门 、管件 、
异径管 、膨胀节) 都是由摩擦引起的 ,对于每个管件来
说通常可以用无因次的损失系数 Kf 表示 :
01069
3149
019959
45°弯头 r/ D = 110
450
01064
3195
019981
45°弯头 r/ D = 115
450
010466
3143
019958
闸阀 (全开)
300
010114
4191
019748
球阀 (全开)
130
- 01086 - 2150 019239
锻造三通
850
010683 13121 019970
2 管道系统的物流
广义的稳定流动的流体柏努力方程用于分析管道 系统的物流 ,它可以用流动的物流上任意两点来表示 (这里Δ 表示参数的变量) :
Δ P/ρ+ gΔΖ +Δ( aV 2) / 2 + ef + w = 0 (3) 方程中的每一项代表单位质量流体的能量分量 , 方程的等价形式可以写成压力分量等于方程乘以 ρ, 或写成压头分量等于方程除以 g 。 式中 ρ———密度 ,1kg/ cm3 ; Δ P ———流体压差 ,kg/ cm2 ;
N Re ———雷诺数 。
然而 ,2 - K 方程仍不能准确反映管件尺寸比例关
系的影响 ,这些数据显示出按比例放大的非线形关系 ,
关系式可以写成下面的形式 :
Kf = Km / N Re + Kn
(7)
这里 Km 与方程 ( 6) 中的 K1 一样 , Kn 值与管件 尺寸有关 。方程 (6) 、(7) 中的常数见表 2 。
线形三通 1500134 0130 0126 0122 0119 0116 0114 0112 0110 0109 0109
注 :除第一列为 Km 值外 ,其他系数为 Kn
314 3 - K(3 个常数) 方程法
3 - K(三个常数) 方程能够很精确的反映出雷诺
数和管件尺寸的比例关系对损失系数的影响 。
ef
=
∑Kf
i
iV
i2/
2
(4)
长 L 的直管损失系数与范宁摩擦因数 f 有关 :
Kf = 4 f L / D
(5)
这里 λ= 4 f
计算阀门及管件损失系数的方法有很多 ,下面集
中阐述几种方法 。
311 单一常数损失系数
很多手册和书本都列出特殊型号阀门及管件的损
失系数 Kf 有代表性的值 ,这些数值通常满足于完全 湍流情况下的初步估算 。
i
范宁摩擦系数能从莫狄 ( Moody) 摩擦因数图得 到 。方程所用常数如表 4 所示 ,计算结果如表 5 所示 。 雷诺数与用方程 (8) 的 3 - K 法得出的流量是一一对 应的 。
表 4 各种损失系数表达式所用常数
控制方程
表列值
5
6
管件/ 常数 90°弯头 r/ d = 110 90°弯头 r/ d = 115 45°弯头 r/ D = 110 45°弯头 r/ D = 115